Bài giảng thực hành kỹ thuật số

Giới thiệu các loại IC số thường gặp. Hướng dẫn sinh viên thực tập trên các IC số. Thanh ghi dịch, bộ đếm BCD. Rất cần thiết cho sinh viên ngành Kỹ thuật điện, điện tử. Giáo trình được chia làm các bài cụ thể, hướng dẫn chi tiết.

Bài 1: CỔNG LOGIC

I Mục đích, yêu cầu

Khảo sát các cổng logic cơ bản làm quen với các vi mạch cổng logic, cách tra cứu sơ đồ chân, đọc bảng trạng thái, cách kiểm tra các cổng logic, xác định dãy điện áp của các mức logic

II Dụng cụ học tập

- Đồng hồ VOM

- Vi mạch 7400, 7404, 7408, 7432, 7486

III Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành

1 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng NAND?

………

………

………

………

2 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng NOT? ………

………

………

………

3 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng AND? ………

………

………

………

4 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng OR? ………

………

………

………

5 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng NOR? ………

………

………

………

6 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng EX-OR?

………

………

………

7 Hãy cho biết ký hiệu – hàm số - bảng trạng thái của cổng EX-NOR? ………

………

………

………

IV Các bước thực hành 1 Khảo sát cổng NAND IC 74LS00 a Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS00 Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau: Chân số 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 Điện áp Mức Logic b Kết nối mạc các ngõ vào A, B, C … H/các ngõ ra đến các Led 1, 2, 3, 4: ………

………

………

………

Chuyển các ngõ vào theo trình tự trong bảng trạng thái và ghi trạng thái của

Led:

INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT

2 Khảo sát cổng AND IC 74LS08

a Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS08

Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau:

Điện áp

Mức Logic

b Kết nối mạc các ngõ vào A, B, C … H/các ngõ ra đến các Led 1, 2, 3, 4

………

………

………

………

………

Chuyển các ngõ vào theo trình tự trong bảng trạng thái và ghi trạng thái của Led:

INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT

c Kết luận: Hãy đánh dấu “x” vào bảng cổng nào còn tốt và cổng nào hư:

Tốt Hư

3 Khảo sát cổng OR IC 74LS32

a) Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS32

Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau:

Điện áp

Mức Logic

b) Kết nối mạc các ngõ vào A, B, C … H/các ngõ ra đến các Led 1, 2, 3, 4

………

………

………

………

………

Chuyển các ngõ vào theo trình tự trong bảng trạng thái và ghi trạng thái của Led:

INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT

c Kết luận: Hãy đánh dấu “x” vào bảng cổng nào còn tốt và cổng nào hư:

Số thứ tự O1 O2 O3 O4

Tốt Hư

4 Khảo sát cổng EX-OR IC 74LS86

a Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS86

Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau:

Điện áp

Mức Logic

c Kết nối mạc các ngõ vào A, B, C … H/các ngõ ra đến các Led 1, 2, 3, 4

………

………

………

………

………

Chuyển các ngõ vào theo trình tự trong bảng trạng thái và ghi trạng thái của Led:

INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT

c Kết luận: Hãy đánh dấu “x” vào bảng cổng nào còn tốt và cổng nào hư:

Tốt Hư

5 Khảo sát cổng NOT IC 74LS04

a Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS04

Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau:

Điện áp

Mức Logic

c Kết nối mạc các ngõ vào A, B, C … H/các ngõ ra đến các Led 1, 2, 3, 4

………

………

………

………

………

Chuyển các ngõ vào theo trình tự trong bảng trạng thái và ghi trạng thái của Led: INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT INPUT OUTPUT A B LED1 C D LED2 E F LED3 G H LED4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 c Kết luận: Hãy đánh dấu “x” vào bảng cổng nào còn tốt và cổng nào hư: Số thứ tự 1 2 3 4 Tốt Hư V Trả lời các câu hỏi 1 Một IC 74LS00 có thể lập được bao nhiêu cổng AND 2 ngõ vào? ………

………

………

3 Ở mạch dao động dùng 2 cổng NOT có thể thay thế bằng 2 cổng NAND được không? Muốn thay đổi tần số của mạch ta thay đổi những thành phần nào? Tại sao? ………

………

………

………

………

………

………

Bài 2: FLIP FLOP I Mục đích, yêu cầu - Khảo sát các hoạt động của các FF cơ bản - Ứng dụng FF để chế tạo các mạch đếm, thanh ghi II Dụng cụ học tập - Đồng hồ VOM - Vi mạch 74LS112, 74LS74 III Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành 1 Hãy cho biết ký hiệu, bảng trạng thái, hàm số của FFJK? ………

………

………

………

2 Hãy cho biết ký hiệu, bảng trạng thái, hàm số của FFD? ………

………

………

………

3 Hãy cho biết ký hiệu, bảng trạng thái, hàm số của FFT? ………

………

………

………

4 Hãy cho biết chức năng của xung Ck trong các FF?

………

………

………

………

IV Các bước thực hành

1 Khảo sát cổng PLIP FLOP IC 74LS112

a Cấp nguồn + 5V cho chân 16 và GND cho chân số 8 của IC 74LS112

b Đo điện áp các ngõ vào/ra để hở và ghi vào bảng sau:

Tên

Điện áp

Mức Logic

c Kiểm tra các FF: kết nối các ngõ ra O1, O2, O3, O4 đến các Led như sau: O1 nối đến Led1,O2 nối đến Led2, O3 nối đến Led3, O4 nối đến Led4 Hãy thiết lập các trạng thái ở ngõ vào của các FF, quan sát các trạng thái ở ngõ ra và điền vào bảng trạng thái như sau:

S R CK1 J1 K1 O1 O2

d Kết luận: Đánh dấu vào bảng sau để biết FF nào còn tốt và hư:

Tốt Hư

2 Thiết kế mạch đếm không đồng bộ

a Mạch đếm lên 2 bit: Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát tín hiệu xung CK và tín hiệu ra trên các Led và điền vào bảng trạng thái sau:

0 1 2 3 4

a Mạch đếm xuống 2 bit

Quan sát tín hiệu xung CK và tín hiệu ra trên các Led và điền vào bảng trạng thái sau:

0 1 2 3 4

3 Thiết kế mạch đếm đồng bộ

Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát tín hiệu xung CK và tín hiệu ra trên các Led và điền vào bảng trạng thái sau:

0 1 2 3 4

4 Thiết kế thanh ghi dịch

Thiết kế thanh ghi 4 bit: Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

………

Cho ngõ vào DATA = 5 vôn (tương ứng với mức logic 1), đưa chân Reset xuống GND rồi cho nối nguồn 5 vôn Quan sat trạng thái của xung Ck và các Led

1 2, 3, 4 cho đến khi các Led đều sáng hết rồi điền vào bảng trạng thái sau:

INPUT OUTPUT

Ck DATA Led1 Led2 Led3 Led4

Giữ nguyên mạch ở trên, chuyển ngõ vào DATA = GND (tương ứng với

mức logic 0), quan sát bảng trạng thái của xung Ck và các Led cho đến khi các Led

đều tắt hết rồi điền vào bảng trạng thái sau:

Ck DATA Led1 Led2 Led3 Led4

V Trả lời các câu hỏi:

1 Thiết kế mạch đếm không đồng bộ 4 bit đếm lên

………

………

………

………

2 Thiết kế mạch đếm không đồng bộ 4 bit đếm xuống ………

………

………

………

3 Thiết kế thanh ghi dịch 4 bit dùng FF JK ………

………

………

………

Bài 3: THANH GHI I Mục đích, yêu cầu - Khảo sát thanh ghi dịch, thanh ghi dịch trái/dịch phải - Thiết kế các mạch ứng dụng dùng thanh ghi II Dụng cụ học tập - Đồng hồ VOM - Vi mạch 74LS164, 7404 III Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành 1 Hãy cho biết thanh ghi dịch thường sử dụng loại FF nào? ………

………

………

2 Hãy cho biết chức năng của thanh ghi dịch? Khi nào thì dữ liệu sẽ bị dịch đi? ………

………

………

………

3 Có bao nhiêu loại thanh ghi? Hãy liệt kê tên?

………

………

………

………

4 Hãy vẽ một thanh ghi dịch 4 bit sử dụng FF-D ………

………

………

………

IV Các bước thực hành

1 Khảo sát IC 74LS164

a Cấp nguồn + 5V cho chân 14 và GND cho chân số 7 của IC 74LS164 Kết nối mạch như hình vẽ sau:

Chuyển đổi trạng thái khác nhau của các Da, Db, Ck, Reset, quan sat các trạng thái vào ra

và điền vào bảng trạng thái sau:

Da Db Ck Reset Led1 Led2 Led3 Led4 Led5 Led6 Led7 Led8

Hãy cho biết IC 74164 còn tốt hay đã hư? Làm sao biết?

………

………

………

………

2 Các mạch ứng ụng a Mạch sáng dần lên và tắt hết: Kết nối mạch như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

Quan sát trạng thái các ngõ vào/ra và điền vào bảng trạng thái sau: Ck Led1 Led2 Led3 Led4 Led5 Led6 Led7 Led8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Hãy giải thích nguyên lý làm việc của mạch? Giải thích tại sao Led8 không sáng? ………

………

………

………

c) Mạch sáng dần lên và tắt dần

Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát trạng thái các ngõ vào/ra và điền vào bảng trạng thái sau:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

Hãy giải thích nguyên lý làm việc của mạch?

………

………

………

………

………

d) Mạch 1 điểm tối và 1 điểm sáng dịch xen kẻ Kết nối mạch như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát trạng thái các ngõ vào/ra và điền vào bảng trạng thái sau:

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

13

14

15

16

Hãy giải thích nguyên lý làm việc của mạch?

………

………

………

………

………

………

………

V Trả lời các câu hỏi 1 Hãy thiết kế mạch sáng dần lên và tắt hết với mạch hiển thị là 16 Led dùng 2 IC 74164 mắc nối tiếp (chỉ làm lý thuyết hoặc kết hợp 2 nhóm lại với nhau). ………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Hãy thiết kế mạch sáng dần lên và tắt dần với mạch hiển thị là 16 Led dùng 2 IC 74164 mắc nối tiếp (chỉ làm lý thuyết hoặc kết hợp 2 nhóm lại với nhau). ………

………

………

………

………

………

………

II Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành

1 Hãy cho biết mã nhị phân 4 bit ABCD?

4 Hãy cho biết mã BCD của số 789?

6 Hãy vẽ ký hiệu của Led 7 đoạn và cho biết làm cách nào để xác định Led

7 đoạn thuộc loại gì?

Quan sát trạng thái các ngõ vào xung Ck và các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau:

Đếm xung Ck OUTPUTS

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hãy cho biết IC 7490 còn tốt hay đã hỏng? Làm sao biết?

………

………

………

………

Mạch đếm Mod-5: Kết nối mạch như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

………

Lưu ý: Các chân MR (Master Reset) là các chân Reset

Nếu cả hai chân MR1 đều bằng logic 1 thì mạch tác động Reset, tất cả các

2 Khảo sát IC giải mã Led 7 đoạn loại Anode chung 7447

a Kết nối vi mạch như hình vẽ:

A B C D

Chuyển đổi các ngõ vào và quan sát các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau:

x: là giá trị bất kỳ

Hãy cho biết IC 4774 còn tốt hay đã hỏng? Làm sao biết?

………

………

………

………

b Mạch đếm BCD hiển thị bằng Led 7 đoạn

Kết nối mạch điện như hình vẽ:

CK

A

7 QA 13 B

1 QB 12 C

2 QC 11 D

6 QD 10 BI/RBO

4 QE 9 RBI

5 QF 15 LT

3 QG 14 U1

7447

CKA

14 Q0 12 CKB

1 Q1 9

Q2 8 Q3 11 R0(1)

2 R0(2) 3 R9(1) 6 R9(2) 7 U2

74LS90

- Cho Reset = 0 (chân Reset nối GND), hãy cho biết trình tự đếm của mạch

như thế nào?

………

………

………

………

- Khi mạch đang đếm ta cho Reset = 1 (chân Reset nối 5 vôn), thì mạch hoạt động như thế nào? ………

………

………

………

- Hãy thực hiện một mạch đếm Mod-6 (học sinh tự kết nối từ mạch điện trên). ………

………

………

………

V Các câu hỏi kiểm tra

1 Hãy thực hiện một mạch đếm giây cho đồng hồ số (chỉ làm lý thuyết hoặc

kết hợp 2 nhóm lại với nhau).

2 Có thể hạn dòng cho Led 7 đoạn bằng 2 cách: dùng 7 điện trở mắc nối tiếp với 7 đoạn hoặc là dùng một điện trở mắc với chân chung So sánh sự khác nhau giữa hai cách mắc

Bài 5: MẠCH ĐẾM LÊN – ĐẾM XUỐNG VÀ ĐẶT TRƯỚC SỐ

ĐẾM

I Mục đích, yêu cầu

- Khảo sát mạch đếm đặt trước số đếm, đếm lên và đếm xuống

- Thiết kế các mạch đếm dùng IC đếm

II Dụng cụ thực hành

- Đồng hồ VOM

- Vi mạch 74192, 7400, 7432, 7447 và Led 7 đoạn

III Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành

1 Hãy cho biết bảng trạng thái của mạch đếm lên 4 bit ABCD?

………

………

………

………

2 Hãy cho biết bảng trạng thái của mạch đếm lên 4 bit ABCD? ………

………

………

………

IV Các bước thực hành 1 Khảo sát IC đếm BCD đặt trước số đếm 74129 Kết nối vi mạch 74192 như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

Cho xung Ck vào chân CPU (chân số 5), chân CPD mắc vào 5 vôn (chân số

4) chuyển đổi các vị trí ngõ vào, quan sát các ngõ ra để điền vào bảng trạng thái

Cho xung Ck vào chân CPD (chân số 4), chân CPU mắc vào 5 vôn (chân số

5) chuyển đổi các vị trí ngõ vào, quan sát các ngõ ra để điền vào bảng trạng thái sau:

MR PL D3 D2 D1 D0 Led6 Led5 Led4 Led3 Led2 Led1

0 1 0 0 1 0

x: là giá trị bất kỳ

Hãy cho biết IC 74192 còn tốt hay đã hỏng? Làm sao biết?

………

………

………

………

2 Mạch đếm lên BCD Kết nối mạch như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát ngõ vào xung Ck và các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau:

Đếm xung Ck OUTPUTS

0 1

2 3 4 5 6 7 8 9 10

Các học viên hãy tự kết nối để thực hiện mạch đếm trên Led 7 đoạn

3 Mạch đếm xuống BCD

Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát ngõ vào xung Ck và các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau:

Đếm xung Ck OUTPUTS

0 1 2

3 4 5 6 7 8 9 10

Các học viên hãy tự kết nối để thực hiện mạch đếm trên Led 7 đoạn

4 Mạch đếm lên có đặt trước số đếm

Hãy thực hiện một mạch đếm lên từ 2 (0010) đến 8 (1000) Trình tự mạch

đếm được minh họa như hình vẽ sau:

Với mạch này ta phải sử dụng trường hợp đặt trước số đếm là 0010 ở các ngõ vào A = 0, B = 1, C = 0 và D = 0 Ta kết nối mạch như hình vẽ:

………

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát ngõ vào xung Ck và các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau:

Đếm xung Ck OUTPUTS

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Hãy cho biết cổng NAND đóng vai trò là cổng gì?

………

………

Hãy giải thích nguyên lý làm việc của mạch? ………

………

………

………

Các học viên hãy tự kết nối để thực hiện mạch đếm trên Led 7 đoạn 5 Mạch đếm xuống có đặt trước số đếm Hãy thực hiện một mạch đếm xuống từ 8 (1000) đến 3 (0011) Trình tự mạch đếm được minh họa như hình vẽ sau: ………

………

………

………

………

………

………

………

Với mạch này ta phải sử dụng trường hợp đặt trước số đếm là 1000 ở các ngõ vào A = 0, B = 0, C = 0 và D = 1 Ta kết nối mạch như hình vẽ:

………

………

………

………

………

………

………

Quan sát ngõ vào xung Ck và các ngõ ra rồi điền vào bảng trạng thái sau: Đếm xung Ck OUTPUTS Q3 Q2 Q1 Q0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Hãy cho biết cổng OR đóng vai trò là cổng gì? ………

………

Hãy giải thích nguyên lý làm việc của mạch? ………

………

………

………

Các học viên hãy tự kết nối để thực hiện mạch đếm trên Led 7 đoạn

V Các câu hỏi kiểm tra

1 Hãy thực hiện một mạch đếm lên có giá trị từ 1 đến 5.

………

………

………

………

………

………

………

………

2 Hãy thực hiện một mạch đếm xuống có giá trị từ 5 đến 1. ………

………

………

………

………

………

………

………

3 Hãy thực hiện một mạch đếm lên từ 00 đến 99 dùng 2 IC đếm 74192 (chỉ làm trên lý thuyết). ………

………

………

………

………

………

………

………

4 Hãy thực hiện một mạch đếm xuống từ 99 đến 00 dùng 2 IC đếm 74192 (chỉ làm trên lý thuyết). ………

………

………

………

………

………

………

………

5 So sánh 2 IC 7490 và 74192.

………

………

………

………

………

………

………

………

Bài 6: MẠCH ĐA HỢP VÀ GIẢI ĐA HỢP I Mục đích, yêu cầu - Khảo sát mạch đa hợp dùng vi mạch 74151 - Khảo sát các vi mạch giải đa hợp dùng IC 74138 - Thiết kế các mạch dùng vi mạch 74151 và 74138 II Dụng cụ thực hành - Đồng hồ VOM - Vi mạch 74151, 74138, 7493 và các IC đã khảo sát III Câu hỏi chuẩn bị trước khi thực hành 1 Hãy cho biết bảng trạng thái và sơ đồ mạch dồn kênh 8 ngõ vào? ………

………

………

………

2 Hãy cho biết một mạch giải đa hợp có 2 ngõ vào thì có bao nhiêu ngõ ra? Cho biết bảng trạng thái và sơ đồ mạch? ………

………

………

………

3 Hãy cho biết một mạch giải đa hợp có 3 ngõ vào thì có bao nhiêu ngõ ra? Cho biết bảng trạng thái và sơ đồ mạch? ………

………

………

IV Các bước thực hành

1 Khảo sát mạch đa hợp dùng IC 74151

Kết nối vi mạch như hình vẽ sau:

Chuyển đổi các ngõ vào theo bảng trạng thái và quan sát các ngõ ra rồi điềnvào bảng:

E S2 S1 S0 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 LED1 LED2

0 1 0 0 x x x x 1 x x x

x: là giá trị bất kỳ

Hãy cho biết IC 74151 còn tốt hay đã hỏng? Làm sao biết?

………

………

………

………

2 Khảo sát vi mạch giải đa hợp dùng IC 74138

Kết nối mạch như hình vẽ sau:

………

………

………

………

………

………

………

Chuyển đổi các ngõ vào theo bảng trạng thái và quan sát các ngõ ra rồi điền vào bảng:

E1 E2 E3 A2 A1 A0 Led1 Led2 Led3 Led4 Led5 Led6 Led7 Led8

0 0 1 0 0 1

x: là giá trị bất kỳ

Hãy cho biết IC 74151 còn tốt hay đã hỏng? Làm sao biết?

………

………

………

………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Vương Cộng Kỹ thuật xung, NXB ĐH & THCN, 1979

2. Lương Ngọc Hải Kỹ thuật xung số, NXB Giáo dục.

3. Nguyễn Tấn Phước Mạch điện tử (tập 1 – 2), NXB TP HCM, 2005

4. Nguyễn Tấn Phước Kỹ thuật xung cơ bản và nâng cao, NXB TP HCM, 2002

5. Nguyễn Thuý Vân Kỹ thuật số NXB KHKT, 2004

6. Đặng Văn Chuyết Kỹ thuật điện tử số NXB Giáo dục.

7. Vũ Đức Thọ Cơ sở kỹ thuật điện tử số NXB Giáo dục.

8 Hướng dẫn sử dụng phần mềm thiết kế mạch: Electric Workbench, Circuit Maker, Orcad (Tài liệu trên Internet).

8 Tài liệu từ các trang wed điện tử trên mạng ( diendandientuvn.com, ant7.com,…)